JPH07201749A - 薄膜形成方法 - Google Patents
薄膜形成方法Info
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- JPH07201749A JPH07201749A JP33804493A JP33804493A JPH07201749A JP H07201749 A JPH07201749 A JP H07201749A JP 33804493 A JP33804493 A JP 33804493A JP 33804493 A JP33804493 A JP 33804493A JP H07201749 A JPH07201749 A JP H07201749A
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- high frequency
- plasma
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 デバイスの高密度化、高信頼化に対応し得る
窒化膜の形成前処理方法および薄膜形成方法を提供す
る。 【構成】 半導体基板５を収容する反応室１および反応
容器２内部の堆積物に、ＮＦ3 を含むガス系に高周波電
源８からの電力を印加して生じるプラズマ中のラジカル
によりエッチングさせ、ＮＨ3 を含むガス系に高周波電
源８を印加してプラズマを発生させ残留するフッ素成分
を除去する。続いて、ＳｉＨ4 ／ＮＨ3 ／Ｎ2 系の原料
ガスを使用することにより、プラズマＣＶＤ法にて窒化
膜を形成し、Ｎ2 Ｏを含むガス系に高周波電源８を印加
して発生するプラズマ中のＮ2 Ｏからの活性種を窒化膜
に照射し、その表面をスパッタリングして滑らかにす
る。また、Ｎ2 Ｏおよびそのラジカルは、半導体および
その載置された支持台に蓄積された電荷を中和する働き
があるのでダメージがなく、トランジスタ特性の向上に
寄与する。
窒化膜の形成前処理方法および薄膜形成方法を提供す
る。 【構成】 半導体基板５を収容する反応室１および反応
容器２内部の堆積物に、ＮＦ3 を含むガス系に高周波電
源８からの電力を印加して生じるプラズマ中のラジカル
によりエッチングさせ、ＮＨ3 を含むガス系に高周波電
源８を印加してプラズマを発生させ残留するフッ素成分
を除去する。続いて、ＳｉＨ4 ／ＮＨ3 ／Ｎ2 系の原料
ガスを使用することにより、プラズマＣＶＤ法にて窒化
膜を形成し、Ｎ2 Ｏを含むガス系に高周波電源８を印加
して発生するプラズマ中のＮ2 Ｏからの活性種を窒化膜
に照射し、その表面をスパッタリングして滑らかにす
る。また、Ｎ2 Ｏおよびそのラジカルは、半導体および
その載置された支持台に蓄積された電荷を中和する働き
があるのでダメージがなく、トランジスタ特性の向上に
寄与する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体基板等の試料面
に薄膜を形成するプラズマ励起化学気相成長（Plasma E
nhanced CVD ）法を利用した薄膜形成方法に関する。
に薄膜を形成するプラズマ励起化学気相成長（Plasma E
nhanced CVD ）法を利用した薄膜形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、半導体基板等の試料面に薄膜
を形成するためには、反応容器内に導入した原料ガスに
高周波を印加してプラズマを発生させ、原料ガスを活性
化させることにより化学反応を促進し、生成した反応生
成物を試料面に堆積させるプラズマ励起化学気相成長
（以下、PECVD という）法が、広く利用されている。
を形成するためには、反応容器内に導入した原料ガスに
高周波を印加してプラズマを発生させ、原料ガスを活性
化させることにより化学反応を促進し、生成した反応生
成物を試料面に堆積させるプラズマ励起化学気相成長
（以下、PECVD という）法が、広く利用されている。
【０００３】特に、ＡｌまたはＡｌ合金からなる配線間
の層間絶縁膜あるいは配線保護膜（パッシベーション
膜）に使用される窒化膜（ＳｉＮ膜）は、配線素材の性
質（低融点であるため５００℃以上の高温処理をするこ
とはできない）に基づき比較的低温での形成が要求され
る。この点において、ＰＥＣＶＤ法はエネルギの高いプ
ラズマ状態で化学反応を起こすので、７００℃以上の形
成温度が要求される高温熱ＣＶＤ法と比較すると、例え
ば４５０℃以下といった大幅な低温化によるプロセスの
表現が可能となる。したがってＰＥＣＶＤ法は、層間絶
縁膜あるいはパッシベーション膜としての薄膜形成を可
能にし、デバイスの信頼性向上に寄与している。
の層間絶縁膜あるいは配線保護膜（パッシベーション
膜）に使用される窒化膜（ＳｉＮ膜）は、配線素材の性
質（低融点であるため５００℃以上の高温処理をするこ
とはできない）に基づき比較的低温での形成が要求され
る。この点において、ＰＥＣＶＤ法はエネルギの高いプ
ラズマ状態で化学反応を起こすので、７００℃以上の形
成温度が要求される高温熱ＣＶＤ法と比較すると、例え
ば４５０℃以下といった大幅な低温化によるプロセスの
表現が可能となる。したがってＰＥＣＶＤ法は、層間絶
縁膜あるいはパッシベーション膜としての薄膜形成を可
能にし、デバイスの信頼性向上に寄与している。
【０００４】ＰＥＣＶＤ装置には、平行平板電極型、誘
導コイル型、マイクロ波放電型等があり、それぞれバッ
チ処理式、連続処理式、枚葉式等が開発されている。近
年においては、プロセス安定性、パーティクル（汚染粒
子）対策等の見地から平行平板電極型の枚葉式の装置が
主流となりつつある。また、デバイス集積度の向上によ
り、サブミクロン・スケールに対応したプロセスの開発
が望まれ、またこれに伴って、薄膜表面の凹凸が次に形
成される薄膜の被覆性に及ぼす影響により、デバイスの
信頼性・歩留まりの低下を招くのでこの発生防止も重要
な課題である。
導コイル型、マイクロ波放電型等があり、それぞれバッ
チ処理式、連続処理式、枚葉式等が開発されている。近
年においては、プロセス安定性、パーティクル（汚染粒
子）対策等の見地から平行平板電極型の枚葉式の装置が
主流となりつつある。また、デバイス集積度の向上によ
り、サブミクロン・スケールに対応したプロセスの開発
が望まれ、またこれに伴って、薄膜表面の凹凸が次に形
成される薄膜の被覆性に及ぼす影響により、デバイスの
信頼性・歩留まりの低下を招くのでこの発生防止も重要
な課題である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】近年、更なる大規模集
積回路（ＬＳＩ）の高集積化の実現要求に伴い、ＰＥＣ
ＶＤ法においてもサブミクロン・スケールでの微細化形
成技術の開発が極めて重要になってきた。層間絶縁膜あ
るいは配線保護膜として使用される窒化膜は、デバイス
の高集積化の実現要求により薄膜化が進み、耐湿性面を
考えると更に緻密な膜質が要求されている。
積回路（ＬＳＩ）の高集積化の実現要求に伴い、ＰＥＣ
ＶＤ法においてもサブミクロン・スケールでの微細化形
成技術の開発が極めて重要になってきた。層間絶縁膜あ
るいは配線保護膜として使用される窒化膜は、デバイス
の高集積化の実現要求により薄膜化が進み、耐湿性面を
考えると更に緻密な膜質が要求されている。
【０００６】一方、ＰＥＣＶＤ法により形成される窒化
膜は、従来よりＳｉＨ4 およびＮＨ3 を含む原料ガス系
に高周波電力を印加し、プラズマ化させることにより形
成される。所望膜厚の形成後、高周波電力の印加および
原料ガスの供給を順に停止する。この際、一時的にＳｉ
成分に富んだ反応生成物が高い成膜レートで形成され、
これが基板に堆積し表面凹凸が大きい異常成長膜を形成
する。窒化膜が層間絶縁膜として使用される態様におい
ては、この表面凹凸が大きくなると、その後に形成され
るＡｌまたはＡｌ合金等の配線薄膜の被覆性を悪化さ
せ、リソグラフィ法による配線パターンの形成を困難に
するばかりでなく、配線の断線あるいは配線間のショー
トを引き起こしてデバイスの歩留まりを低下させるとい
った問題点があった。また、窒化膜がパッシベーション
膜として使用される態様においても、大きい表面凹凸に
よって正常な膜厚が確保されないので耐湿性・信頼性に
問題点があった。
膜は、従来よりＳｉＨ4 およびＮＨ3 を含む原料ガス系
に高周波電力を印加し、プラズマ化させることにより形
成される。所望膜厚の形成後、高周波電力の印加および
原料ガスの供給を順に停止する。この際、一時的にＳｉ
成分に富んだ反応生成物が高い成膜レートで形成され、
これが基板に堆積し表面凹凸が大きい異常成長膜を形成
する。窒化膜が層間絶縁膜として使用される態様におい
ては、この表面凹凸が大きくなると、その後に形成され
るＡｌまたはＡｌ合金等の配線薄膜の被覆性を悪化さ
せ、リソグラフィ法による配線パターンの形成を困難に
するばかりでなく、配線の断線あるいは配線間のショー
トを引き起こしてデバイスの歩留まりを低下させるとい
った問題点があった。また、窒化膜がパッシベーション
膜として使用される態様においても、大きい表面凹凸に
よって正常な膜厚が確保されないので耐湿性・信頼性に
問題点があった。
【０００７】また、この窒化膜の成膜終了後に基板を反
応室の外部へ搬出する際、プラズマ放電のために基板お
よびこの基板が載置されるサセプタ等に電荷が蓄積さ
れ、静電吸着を起こす場合が想定される。これにより、
パーティクル等の吸着および膜中の帯電電荷によるトラ
ンジスタ特性の信頼性の点からも問題があった。
応室の外部へ搬出する際、プラズマ放電のために基板お
よびこの基板が載置されるサセプタ等に電荷が蓄積さ
れ、静電吸着を起こす場合が想定される。これにより、
パーティクル等の吸着および膜中の帯電電荷によるトラ
ンジスタ特性の信頼性の点からも問題があった。
【０００８】本発明は、このような従来のＰＥＣＶＤ法
の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、デ
バイスの更なる高集積化・高信頼性に対応し得る薄膜形
成方法を提供することにある。
の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、デ
バイスの更なる高集積化・高信頼性に対応し得る薄膜形
成方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明の薄膜形成方法に
よれば、前述の目的は、基板を収容する反応容器内にお
いて、原料ガスに高い周波数を有する第１の電力を印加
し、発生するプラズマ中の反応生成物を基板に堆積し薄
膜を形成するステップと、窒素酸化物を含むガスに高い
周波数を有する第２の電力を印加し、発生するプラズマ
中の活性種を基板および薄膜に照射するステップとを備
えることにより達成される。あるいは、基板を収容する
反応容器内において、フッ素化合物を含む反応性ガスに
高い周波数を有する第１の電力を印加し、発生するプラ
ズマ中の活性種により内部をクリーニングするステップ
と、窒素化合物を含む還元ガスに高い周波数を有する第
２の電力を印加し、発生するプラズマ中の活性種により
反応容器内の残留フッ素成分を除去するステップと、原
料ガスに高い周波数を有する第３の電力を印加し、発生
するプラズマ中の反応生成物を基板に堆積し薄膜を形成
するステップと、窒素酸化物を含むガスに高い周波数を
有する第４の電力を印加し、発生するプラズマ中の活性
種を基板および薄膜に照射するステップとを備えること
により達成される。
よれば、前述の目的は、基板を収容する反応容器内にお
いて、原料ガスに高い周波数を有する第１の電力を印加
し、発生するプラズマ中の反応生成物を基板に堆積し薄
膜を形成するステップと、窒素酸化物を含むガスに高い
周波数を有する第２の電力を印加し、発生するプラズマ
中の活性種を基板および薄膜に照射するステップとを備
えることにより達成される。あるいは、基板を収容する
反応容器内において、フッ素化合物を含む反応性ガスに
高い周波数を有する第１の電力を印加し、発生するプラ
ズマ中の活性種により内部をクリーニングするステップ
と、窒素化合物を含む還元ガスに高い周波数を有する第
２の電力を印加し、発生するプラズマ中の活性種により
反応容器内の残留フッ素成分を除去するステップと、原
料ガスに高い周波数を有する第３の電力を印加し、発生
するプラズマ中の反応生成物を基板に堆積し薄膜を形成
するステップと、窒素酸化物を含むガスに高い周波数を
有する第４の電力を印加し、発生するプラズマ中の活性
種を基板および薄膜に照射するステップとを備えること
により達成される。
【００１０】
【作用】本発明者の知見によれば、ＰＥＣＶＤ法により
形成される窒化膜は４５０℃以下の低温にて形成可能で
あるので、７００℃以上の熱処理が必要な熱窒化膜は適
さない層間絶縁膜あるいはパッシベーション膜にも使用
可能となった。しかしながら、従来技術のＰＥＣＶＤ法
により形成される窒化膜は、その表面の凹凸が大きく、
次に形成される配線薄膜の被覆性が悪化し、配線の断線
あるいは配線ショートの発生を防止できなかった。
形成される窒化膜は４５０℃以下の低温にて形成可能で
あるので、７００℃以上の熱処理が必要な熱窒化膜は適
さない層間絶縁膜あるいはパッシベーション膜にも使用
可能となった。しかしながら、従来技術のＰＥＣＶＤ法
により形成される窒化膜は、その表面の凹凸が大きく、
次に形成される配線薄膜の被覆性が悪化し、配線の断線
あるいは配線ショートの発生を防止できなかった。
【００１１】これに対して、本発明の第１の薄膜形成方
法によれば、形成するステップは、プラズマ中の原料ガ
スの活性種同士の化学反応により得られる反応生成物を
基板に堆積することにより薄膜を形成し、照射するステ
ップは、プラズマ中の窒素酸化物の活性種を基板および
薄膜に照射する。したがって、窒素酸化物により発生し
たスパッタ性の強い活性種が、薄膜の表面凹凸をスパッ
タリングして滑らかにするので、次に形成される薄膜が
ＡｌまたはＡｌ合金等の配線材料であっても断線あるい
は配線ショートを生じない、あるいは次にパッシベーシ
ョン膜が形成されても表面凹凸により部分的に薄くなら
ないので耐湿性に悪影響を及ぼすことはない。しかも、
窒素酸化物の活性種は、基板およびその基板を載置する
支持台に蓄積された電荷を中和するので、パーティクル
等の吸着を防止し、かつ膜中の帯電電荷によるトランジ
スタ特性劣化を防止する。したがって、本発明の第１の
薄膜形成方法によれば、デバイスの高集積化に対応し
た、表面が滑らかで平坦化に優れた薄膜を提供し得ると
ともにデバイス特性の信頼性向上に大きく寄与し得る。
法によれば、形成するステップは、プラズマ中の原料ガ
スの活性種同士の化学反応により得られる反応生成物を
基板に堆積することにより薄膜を形成し、照射するステ
ップは、プラズマ中の窒素酸化物の活性種を基板および
薄膜に照射する。したがって、窒素酸化物により発生し
たスパッタ性の強い活性種が、薄膜の表面凹凸をスパッ
タリングして滑らかにするので、次に形成される薄膜が
ＡｌまたはＡｌ合金等の配線材料であっても断線あるい
は配線ショートを生じない、あるいは次にパッシベーシ
ョン膜が形成されても表面凹凸により部分的に薄くなら
ないので耐湿性に悪影響を及ぼすことはない。しかも、
窒素酸化物の活性種は、基板およびその基板を載置する
支持台に蓄積された電荷を中和するので、パーティクル
等の吸着を防止し、かつ膜中の帯電電荷によるトランジ
スタ特性劣化を防止する。したがって、本発明の第１の
薄膜形成方法によれば、デバイスの高集積化に対応し
た、表面が滑らかで平坦化に優れた薄膜を提供し得ると
ともにデバイス特性の信頼性向上に大きく寄与し得る。
【００１２】また、本発明者の知見によれば、窒化膜を
形成するＰＥＣＶＤ法において、反応室の内部にある電
極等の治具ないし内壁に形成される堆積物を除去するに
は、フッ素化合物を用いたプラズマクリーニングが有効
であるが、このフッ素化合物クリーニングを実施した
後、堆積物が除去された表面においてＦ原子を介した結
合により残留してしまい、次のステップで形成される薄
膜中にはフッ素成分が含有され、窒化膜自体の膜質が低
下してしまうのは防止できなかった。
形成するＰＥＣＶＤ法において、反応室の内部にある電
極等の治具ないし内壁に形成される堆積物を除去するに
は、フッ素化合物を用いたプラズマクリーニングが有効
であるが、このフッ素化合物クリーニングを実施した
後、堆積物が除去された表面においてＦ原子を介した結
合により残留してしまい、次のステップで形成される薄
膜中にはフッ素成分が含有され、窒化膜自体の膜質が低
下してしまうのは防止できなかった。
【００１３】そこで、本発明の第２の薄膜形成方法によ
れば、クリーニングステップが、フッ素化合物の活性種
を反応容器の内部に形成された堆積物に作用させること
により化学エッチングし、還元ステップが、窒素化合物
の活性種を残留フッ素成分に作用させることによりフッ
素成分との結合を水素結合との結合に還元し、これを除
去する。続いて前述の第１の薄膜形成方法を続け、成膜
ステップおよび照射ステップへと進行する。したがっ
て、フッ素化合物の活性種による堆積物のクリーニング
後に、窒素化合物の活性種をこの残留するフッ素成分あ
るいはフッ素結合に対して作用させることにより、フッ
素成分を含有した反応生成物として除去し、反応室の内
部にある電極、治具等の部品または反応室の内壁の表面
を活性化することができる。したがって、フッ素化合物
クリーニング後の成膜初期におけるフッ素成分を含有し
た（Ｓｉ−Ｆ−Ｎ結合を有する）窒化膜の形成を抑制
し、さらに成膜終了後に窒素酸化物の活性種を照射する
ステップが該成膜を平坦化するので成膜初期から終了ま
での全域にわたって均一な膜質を有するとともに成膜表
面もきめの細かい緻密な窒化膜を提供し得る。しかも、
窒素酸化物の活性種により、基板およびその基板を載置
する支持台間に蓄積される電荷が中和されるので静電吸
着が発生しない。したがって、本発明の第２の薄膜形成
方法によれば、デバイスの高集積化に対応して緻密な膜
質を有し、表面が滑らかで平坦化に優れた薄膜を提供で
きるとともにデバイス特性の信頼性向上に大きく寄与し
得る。
れば、クリーニングステップが、フッ素化合物の活性種
を反応容器の内部に形成された堆積物に作用させること
により化学エッチングし、還元ステップが、窒素化合物
の活性種を残留フッ素成分に作用させることによりフッ
素成分との結合を水素結合との結合に還元し、これを除
去する。続いて前述の第１の薄膜形成方法を続け、成膜
ステップおよび照射ステップへと進行する。したがっ
て、フッ素化合物の活性種による堆積物のクリーニング
後に、窒素化合物の活性種をこの残留するフッ素成分あ
るいはフッ素結合に対して作用させることにより、フッ
素成分を含有した反応生成物として除去し、反応室の内
部にある電極、治具等の部品または反応室の内壁の表面
を活性化することができる。したがって、フッ素化合物
クリーニング後の成膜初期におけるフッ素成分を含有し
た（Ｓｉ−Ｆ−Ｎ結合を有する）窒化膜の形成を抑制
し、さらに成膜終了後に窒素酸化物の活性種を照射する
ステップが該成膜を平坦化するので成膜初期から終了ま
での全域にわたって均一な膜質を有するとともに成膜表
面もきめの細かい緻密な窒化膜を提供し得る。しかも、
窒素酸化物の活性種により、基板およびその基板を載置
する支持台間に蓄積される電荷が中和されるので静電吸
着が発生しない。したがって、本発明の第２の薄膜形成
方法によれば、デバイスの高集積化に対応して緻密な膜
質を有し、表面が滑らかで平坦化に優れた薄膜を提供で
きるとともにデバイス特性の信頼性向上に大きく寄与し
得る。
【００１４】以下に本発明を詳細に説明する。
【００１５】本発明において「窒素酸化物」としては、
Ｎ原子およびＯ原子を含む化合物であって、常温（２５
℃）で気体が好ましい。具体的には、Ｎ2 Ｏ、ＮＯまた
はＮＯ2 が好ましく用いられる。これらの中でも、成膜
の表面凹凸を平坦化する点および蓄積電荷を中和する点
から、Ｎ2 Ｏが好ましい。
Ｎ原子およびＯ原子を含む化合物であって、常温（２５
℃）で気体が好ましい。具体的には、Ｎ2 Ｏ、ＮＯまた
はＮＯ2 が好ましく用いられる。これらの中でも、成膜
の表面凹凸を平坦化する点および蓄積電荷を中和する点
から、Ｎ2 Ｏが好ましい。
【００１６】本発明において「フッ素化合物」として
は、Ｆ原子を含む化合物であって、常温で気体が好まし
い。具体的には、ＣＦ4 、Ｃ2 Ｆ6 またはＮＦ3 が好ま
しく用いられる。これらの中でも、反応室内部の堆積物
を化学エッチングする点から、ＮＦ3 が好ましい。
は、Ｆ原子を含む化合物であって、常温で気体が好まし
い。具体的には、ＣＦ4 、Ｃ2 Ｆ6 またはＮＦ3 が好ま
しく用いられる。これらの中でも、反応室内部の堆積物
を化学エッチングする点から、ＮＦ3 が好ましい。
【００１７】本発明において「窒素化合物」としては、
Ｎ原子を含みＯ原子を含まない化合物であって、常温で
気体が好ましい。具体的には、ＮＨ3 またはＮ2 が好ま
しく用いられる。これらの中でも、反応室内部に残留す
るフッ素成分を除去する点から、ＮＨ3 が好ましい。
Ｎ原子を含みＯ原子を含まない化合物であって、常温で
気体が好ましい。具体的には、ＮＨ3 またはＮ2 が好ま
しく用いられる。これらの中でも、反応室内部に残留す
るフッ素成分を除去する点から、ＮＨ3 が好ましい。
【００１８】本発明の方法により形成される窒化膜の厚
さは、通常、０．１〜１．０μｍ程度であることが好ま
しい。
さは、通常、０．１〜１．０μｍ程度であることが好ま
しい。
【００１９】本発明に使用する反応性ガスは、上記した
ＮＦ3 等のフッ素化合物を少なくとも含むものである
が、必要に応じて、Ｎ2 Ｏ等の窒素酸化物またはＯ2 を
含んでもよい。
ＮＦ3 等のフッ素化合物を少なくとも含むものである
が、必要に応じて、Ｎ2 Ｏ等の窒素酸化物またはＯ2 を
含んでもよい。
【００２０】また、本発明に使用する「還元ガス」と
は、Ｓｉ−Ｆ結合をＳｉ−Ｈ結合に変換できる還元性気
体をいい、上記したＮＨ3 等の窒素化合物以外に、Ｓｉ
Ｈ4 、Ｎ2 、Ｈ2 等を含んでもよい。
は、Ｓｉ−Ｆ結合をＳｉ−Ｈ結合に変換できる還元性気
体をいい、上記したＮＨ3 等の窒素化合物以外に、Ｓｉ
Ｈ4 、Ｎ2 、Ｈ2 等を含んでもよい。
【００２１】さらに、本発明に使用する原料ガスは、Ｓ
ｉＨ4 と、ＮＨ3 およびＮ2 から選ばれた少なくとも一
種類からなるガスとを含むのが好ましい。
ｉＨ4 と、ＮＨ3 およびＮ2 から選ばれた少なくとも一
種類からなるガスとを含むのが好ましい。
【００２２】上記「窒素化合物」は、必要に応じて、上
記キャリアガスとして用いることも可能である。原料ガ
スがこの窒素化合物を含む態様においては、プラズマ放
電の安定により膜厚の均一性を更に向上させることが可
能となる。
記キャリアガスとして用いることも可能である。原料ガ
スがこの窒素化合物を含む態様においては、プラズマ放
電の安定により膜厚の均一性を更に向上させることが可
能となる。
【００２３】本発明においては、上記した以外の反応条
件としては、例えば、以下のような条件を好ましく使用
することができる。
件としては、例えば、以下のような条件を好ましく使用
することができる。
【００２４】本発明の薄膜形成方法に使用可能な反応装
置については、基板を収容する反応容器と、フッ素化合
物等の反応性ガス、窒素化合物等の還元ガスおよびシラ
ン等の原料ガスをこの反応容器に導入可能な導入系と、
これらのガスに高い周波数を印加する電極とを有する反
応装置である限り特に制限されないが、例えば、図１に
模式断面図として示されるようなＰＥＣＶＤ装置が好ま
しく用いられる。
置については、基板を収容する反応容器と、フッ素化合
物等の反応性ガス、窒素化合物等の還元ガスおよびシラ
ン等の原料ガスをこの反応容器に導入可能な導入系と、
これらのガスに高い周波数を印加する電極とを有する反
応装置である限り特に制限されないが、例えば、図１に
模式断面図として示されるようなＰＥＣＶＤ装置が好ま
しく用いられる。
【００２５】以下に、このＰＥＣＶＤ装置の概略構成を
図１に基いて説明する。図１を参照して、外気から密封
された反応室１を実現するための反応容器２内に対向電
極３、４が収容されている。一方の電極４は、アース電
位に保持されるとともに、対向面に薄膜形成用の半導体
基板５が載置され、他方の電極３にはプラズマ発生用の
高周波発振源８から出力された高周波電力がインピーダ
ンスマッチング回路９を介して印加されるようになって
いる。また、電極３の上側から反応室１へ配管６を介し
て反応ガスが導入されるとともに、反応容器２の排気口
から排気する構造となっている。また、電極４側には温
度制御用のヒータ７が設けられている。
図１に基いて説明する。図１を参照して、外気から密封
された反応室１を実現するための反応容器２内に対向電
極３、４が収容されている。一方の電極４は、アース電
位に保持されるとともに、対向面に薄膜形成用の半導体
基板５が載置され、他方の電極３にはプラズマ発生用の
高周波発振源８から出力された高周波電力がインピーダ
ンスマッチング回路９を介して印加されるようになって
いる。また、電極３の上側から反応室１へ配管６を介し
て反応ガスが導入されるとともに、反応容器２の排気口
から排気する構造となっている。また、電極４側には温
度制御用のヒータ７が設けられている。
【００２６】
【実施例】以下、図面と共に本発明の好適な実施例につ
いて詳細に説明する。
いて詳細に説明する。
【００２７】図１に示した構成のＰＥＣＶＤ装置におい
て、本発明の薄膜形成方法により、反応容器内をクリー
ニングするステップのクリーニングプロセス、残留フッ
素成分を除去するステップの還元プロセス、形成するス
テップの成膜プロセスおよび照射するステップの後処理
プロセスを順次に行った。
て、本発明の薄膜形成方法により、反応容器内をクリー
ニングするステップのクリーニングプロセス、残留フッ
素成分を除去するステップの還元プロセス、形成するス
テップの成膜プロセスおよび照射するステップの後処理
プロセスを順次に行った。
【００２８】実施例１ 実施例１のプロセスフローチャート図２に示し、各プロ
セスの内容について以下に説明する。
セスの内容について以下に説明する。
【００２９】（クリーニングプロセス）反応室１内に、
ＮＦ3 ないしＮＦ3 ／Ｎ2 Ｏ系の反応性ガスを導入し、
これに高周波発振源８から高い周波数を有する第１の電
力を印加し、プラズマ放電エネルギにより活性化させ
て、化学的に活性の強い原子または分子のラジカル（活
性種）とし、これらの活性な粒子を反応室１の内部に形
成された堆積物に化学作用させて化学エッチングをし、
減圧・除去を行った。以下に、好ましいプロセス条件を
示す。
ＮＦ3 ないしＮＦ3 ／Ｎ2 Ｏ系の反応性ガスを導入し、
これに高周波発振源８から高い周波数を有する第１の電
力を印加し、プラズマ放電エネルギにより活性化させ
て、化学的に活性の強い原子または分子のラジカル（活
性種）とし、これらの活性な粒子を反応室１の内部に形
成された堆積物に化学作用させて化学エッチングをし、
減圧・除去を行った。以下に、好ましいプロセス条件を
示す。
【００３０】 圧力 ： ０．５〜３．０〔Ｔｏｒｒ〕 高い周波数 ： １３．５６〔ＭＨｚ〕 第１の電力 ： ５００〜１２００〔Ｗ〕 電極間距離 ： １８０〜９９９〔Ｍｉｌｓ〕 ＮＦ3 ： １００〜１０００〔ＳＣＣＭ〕 Ｎ2 Ｏ ： １００〜１０００〔ＳＣＣＭ〕 処理時間 ： ５０〜１５０〔秒〕 ここで上記クリーニングプロセスの主ガスであるＮＦ3
の代わりに、ＣＦ4 およびＣ2 Ｆ6 のいずれか一方が好
ましく用いられ、この流量はＮＦ3 と同程度が好ましく
は用いられる。
の代わりに、ＣＦ4 およびＣ2 Ｆ6 のいずれか一方が好
ましく用いられ、この流量はＮＦ3 と同程度が好ましく
は用いられる。
【００３１】また、Ｎ2 Ｏを添加することにより、Ｎ2
Ｏから保たれる活性種がこの堆積物を物理的にエッチン
グする作用をもたらし、化学作用と物理作用とが相乗し
てより効果的にエッチングが進むのでクリーニングプロ
セス時間の短縮可能となる。
Ｏから保たれる活性種がこの堆積物を物理的にエッチン
グする作用をもたらし、化学作用と物理作用とが相乗し
てより効果的にエッチングが進むのでクリーニングプロ
セス時間の短縮可能となる。
【００３２】（還元プロセス）続いて、上記の反応性ガ
スおよび反応生成物を減圧・除去し、反応容器２の外部
においてハロゲンランプにて予め２５〜４００℃に加熱
された半導体基板５を反応容器２内の決められた場所に
載置し、ＮＨ3 ／Ｎ2 系の還元ガスを導入した。これに
高周波発振源８から高い周波数を有する第２の電力を印
加し、プラズマ放電エネルギにより活性化された粒子で
あるラジカルを、反応室１の内部に残留するフッ素成分
に作用させて反応生成物とし、減圧・除去を行った。以
下に、このプロセス条件を示す。
スおよび反応生成物を減圧・除去し、反応容器２の外部
においてハロゲンランプにて予め２５〜４００℃に加熱
された半導体基板５を反応容器２内の決められた場所に
載置し、ＮＨ3 ／Ｎ2 系の還元ガスを導入した。これに
高周波発振源８から高い周波数を有する第２の電力を印
加し、プラズマ放電エネルギにより活性化された粒子で
あるラジカルを、反応室１の内部に残留するフッ素成分
に作用させて反応生成物とし、減圧・除去を行った。以
下に、このプロセス条件を示す。
【００３３】 圧力 ： １．０〜６．５〔Ｔｏｒｒ〕 高い周波数 ： １３．５６〔ＭＨｚ〕 第２の電力 ： １００〜８００〔Ｗ〕 基板温度 ： ３００〜４００〔℃〕 電極間距離 ： １８０〜６００〔Ｍｉｌｓ〕 ＮＨ3 ： ５０〜１５００〔ＳＣＣＭ〕 Ｎ2 ： ５００〜２０００〔ＳＣＣＭ〕 処理時間 ： ５〜６０〔秒〕 ここで上記の還元ガスとしては、ＮＨ3 一種類のみが好
ましくは用いられる。また、Ｎ2 の好ましい量の添加に
より還元プロセスのプラズマ安定性をもたらす。
ましくは用いられる。また、Ｎ2 の好ましい量の添加に
より還元プロセスのプラズマ安定性をもたらす。
【００３４】（成膜プロセス）さらに、上記の還元ガス
および反応生成物を減圧・除去し、基板を載置したま
ま、ＳｉＨ4 ／ＮＨ3 ／Ｎ2 系の原料ガスを導入した。
これに高周波発振源８から高い周波数を有する第３の電
力を印加し、プラズマ放電エネルギにより活性化させ
て、化学結合を分解し、原子または分子のラジカルとす
る。これらの活性な粒子間による反応生成物を半導体基
板５の表面に堆積し、窒化膜を形成させながら減圧・除
去を行った。以下にこのプロセス条件を示す。
および反応生成物を減圧・除去し、基板を載置したま
ま、ＳｉＨ4 ／ＮＨ3 ／Ｎ2 系の原料ガスを導入した。
これに高周波発振源８から高い周波数を有する第３の電
力を印加し、プラズマ放電エネルギにより活性化させ
て、化学結合を分解し、原子または分子のラジカルとす
る。これらの活性な粒子間による反応生成物を半導体基
板５の表面に堆積し、窒化膜を形成させながら減圧・除
去を行った。以下にこのプロセス条件を示す。
【００３５】 圧力 ： ３．０〜６．５〔Ｔｏｒｒ〕 高い周波数 ： １３．５６〔ＭＨｚ〕 第３の電力 ： １００〜８００〔Ｗ〕 基板温度 ： ３００〜４００〔℃〕 電極間距離 ： １８０〜６００〔Ｍｉｌｓ〕 ＳｉＨ4 ： ５０〜３００〔ＳＣＣＭ〕 ＮＨ3 ： ５０〜３００〔ＳＣＣＭ〕 Ｎ2 ： ５００〜５０００〔ＳＣＣＭ〕 処理時間 ： １０〜１００〔秒〕 （後処理プロセス）次に、Ｎ2 ＯないしＮ2 Ｏ／Ｏ2 系
の後処理ガスを導入し、これに高周波発振源８から高い
周波数を有する第４の電力を印加し、プラズマ放電エネ
ルギにより活性化させて、化学的に活性の強い原子また
は分子のラジカルとし、これらの活性な粒子を半導体基
板５およびその支持台に照射する。Ｎ2 Ｏから生じるラ
ジカルは、スパッタ性を有するので形成された薄膜の表
面凹凸をスパッタリングすることにより滑らかにする。
また、照射されるＮ2 Ｏおよびそのラジカルは、前述の
プロセスにより蓄積された半導体基板およびその支持台
の電荷を中和する。したがって、従来、反応室より搬出
する際に静電吸着のせいで支持台から基板が離れない、
あるいは離れても位置ずれ又は基板が割れるといった問
題は生じない。以下に、好ましいプロセス条件を示す。
の後処理ガスを導入し、これに高周波発振源８から高い
周波数を有する第４の電力を印加し、プラズマ放電エネ
ルギにより活性化させて、化学的に活性の強い原子また
は分子のラジカルとし、これらの活性な粒子を半導体基
板５およびその支持台に照射する。Ｎ2 Ｏから生じるラ
ジカルは、スパッタ性を有するので形成された薄膜の表
面凹凸をスパッタリングすることにより滑らかにする。
また、照射されるＮ2 Ｏおよびそのラジカルは、前述の
プロセスにより蓄積された半導体基板およびその支持台
の電荷を中和する。したがって、従来、反応室より搬出
する際に静電吸着のせいで支持台から基板が離れない、
あるいは離れても位置ずれ又は基板が割れるといった問
題は生じない。以下に、好ましいプロセス条件を示す。
【００３６】 圧力 ： ０．５〜５．０〔Ｔｏｒｒ〕 高い周波数 ： １３．５６〔ＭＨｚ〕 第４の電力 ： ５０〜５００〔Ｗ〕 基板温度 ： ３００〜４００〔℃〕 電極間距離 ： １８０〜９９９〔Ｍｉｌｓ〕 Ｎ2 Ｏ ： １００〜１０００〔ＳＣＣＭ〕 処理時間 ： １〜１５〔秒〕 この条件により得られた窒化膜の成膜速度は０．２〜
１．０μｍ／ｍｉｎで、屈折率は１．９〜２．２であっ
た。
１．０μｍ／ｍｉｎで、屈折率は１．９〜２．２であっ
た。
【００３７】実施例２ 実施例２のプロセスフローチャートを図３に示し、各プ
ロセスの内容について以下に説明する。
ロセスの内容について以下に説明する。
【００３８】（クリーニングプロセス）反応室１内に、
ＮＦ3 ないしＮＦ3 ／Ｎ2 Ｏ系の反応性ガスを導入し、
これに高周波発振源８から高い周波数を有する第１の電
力を印加し、プラズマ放電エネルギにより活性化させ
て、化学的に活性の強い原子または分子のラジカル（活
性種）とし、これらの活性な粒子を反応室１の内部に形
成された堆積物に化学作用させて化学エッチングをし、
減圧・除去を行った。以下に、好ましいプロセス条件を
示す。
ＮＦ3 ないしＮＦ3 ／Ｎ2 Ｏ系の反応性ガスを導入し、
これに高周波発振源８から高い周波数を有する第１の電
力を印加し、プラズマ放電エネルギにより活性化させ
て、化学的に活性の強い原子または分子のラジカル（活
性種）とし、これらの活性な粒子を反応室１の内部に形
成された堆積物に化学作用させて化学エッチングをし、
減圧・除去を行った。以下に、好ましいプロセス条件を
示す。
【００３９】 圧力 ： ０．５〜３．０〔Ｔｏｒｒ〕 高い周波数 ： １３．５６〔ＭＨｚ〕 第１の電力 ： ５００〜１２００〔Ｗ〕 電極間距離 ： １８０〜９９９〔Ｍｉｌｓ〕 ＮＦ3 ： １００〜１０００〔ＳＣＣＭ〕 Ｎ2 Ｏ ： １００〜１０００〔ＳＣＣＭ〕 処理時間 ： ５０〜１５０〔秒〕 ここで上記のＮＦ3 の代わりに、ＣＦ4 およびＣ2 Ｆ6
のいずれか一方が好ましく用いられ、この流量はＮＦ3
と同程度が好ましくは用いられる。
のいずれか一方が好ましく用いられ、この流量はＮＦ3
と同程度が好ましくは用いられる。
【００４０】Ｎ2 Ｏを添加することにより得られる効果
は、実施例１の場合と同等である。
は、実施例１の場合と同等である。
【００４１】（第１の還元プロセス）続いて、上記の反
応性ガスおよび反応生成物を減圧・除去し、ＮＨ3 ／Ｎ
2 系の還元ガスを導入した。これに高周波発振源８から
高い周波数を有する第２の電力を印加し、プラズマ放電
エネルギにより活性化された粒子であるラジカルを、反
応室１の内部に残留するフッ素成分に作用させて反応生
成物とし、真空引きにより除去を行った。ここで上記Ｎ
Ｈ3 ／Ｎ2 系の還元ガスの代わりに、ＮＨ3 ないしＳｉ
Ｈ4 ／Ｎ2 ／ＮＨ3 系のガスが好ましく用いられる。以
下に、このプロセス条件を示す。
応性ガスおよび反応生成物を減圧・除去し、ＮＨ3 ／Ｎ
2 系の還元ガスを導入した。これに高周波発振源８から
高い周波数を有する第２の電力を印加し、プラズマ放電
エネルギにより活性化された粒子であるラジカルを、反
応室１の内部に残留するフッ素成分に作用させて反応生
成物とし、真空引きにより除去を行った。ここで上記Ｎ
Ｈ3 ／Ｎ2 系の還元ガスの代わりに、ＮＨ3 ないしＳｉ
Ｈ4 ／Ｎ2 ／ＮＨ3 系のガスが好ましく用いられる。以
下に、このプロセス条件を示す。
【００４２】 圧力 ： １．０〜６．５〔Ｔｏｒｒ〕 高い周波数 ： １３．５６〔ＭＨｚ〕 第２の電力 ： １００〜８００〔Ｗ〕 基板温度 ： ３００〜４００〔℃〕 電極間距離 ： １８０〜６００〔Ｍｉｌｓ〕 ＳｉＨ4 ： ５０〜３００〔ＳＣＣＭ〕 ＮＨ3 ： ５０〜１５００〔ＳＣＣＭ〕 Ｎ2 ： ５００〜２０００〔ＳＣＣＭ〕 処理時間 ： ５〜１５〔秒〕 ＳｉＨ4 を含んだ還元ガスの態様においては、前述のク
リーニングプロセスによる残留フッ素成分がプラズマ化
することにより得られるＳｉＨ3 + 、ＳｉＨ3 * 等の活
性種と結合してＳｉ−Ｆ−Ｎなる結合を有する反応生成
物を形成し、これを堆積させないよう減圧コントロール
することにより、反応室の外部に除去することができ
る。したがって、ＮＨ3 による還元効果に加えて相乗効
果をもたらす。
リーニングプロセスによる残留フッ素成分がプラズマ化
することにより得られるＳｉＨ3 + 、ＳｉＨ3 * 等の活
性種と結合してＳｉ−Ｆ−Ｎなる結合を有する反応生成
物を形成し、これを堆積させないよう減圧コントロール
することにより、反応室の外部に除去することができ
る。したがって、ＮＨ3 による還元効果に加えて相乗効
果をもたらす。
【００４３】（第２の還元プロセス）さらに、上記の還
元ガスおよび反応生成物を減圧・除去し、反応容器２の
外部においてハロゲンランプにて予め２５〜４００℃に
加熱された半導体基板５を反応容器２内の決められた場
所に載置し、ＮＨ3 ないしＮＨ3 ／Ｎ2 系の還元ガスを
導入した。これに高周波発振源８から高い周波数を有す
る第３の電力を印加し、プラズマ放電エネルギにより活
性化された粒子であるラジカルを、反応室１の内部に残
留するフッ素成分に作用させて反応生成物とし、減圧・
除去を行った。以下に、このプロセス条件を示す。
元ガスおよび反応生成物を減圧・除去し、反応容器２の
外部においてハロゲンランプにて予め２５〜４００℃に
加熱された半導体基板５を反応容器２内の決められた場
所に載置し、ＮＨ3 ないしＮＨ3 ／Ｎ2 系の還元ガスを
導入した。これに高周波発振源８から高い周波数を有す
る第３の電力を印加し、プラズマ放電エネルギにより活
性化された粒子であるラジカルを、反応室１の内部に残
留するフッ素成分に作用させて反応生成物とし、減圧・
除去を行った。以下に、このプロセス条件を示す。
【００４４】 圧力 ： １．０〜６．５〔Ｔｏｒｒ〕 高い周波数 ： １３．５６〔ＭＨｚ〕 第３の電力 ： １００〜８００〔Ｗ〕 基板温度 ： ３００〜４００〔℃〕 電極間距離 ： １８０〜６００〔Ｍｉｌｓ〕 ＮＨ3 ： ５０〜１５００〔ＳＣＣＭ〕 Ｎ2 ： ５００〜２０００〔ＳＣＣＭ〕 処理時間 ： ５〜６０〔秒〕 これにより、半導体基板５の表面も均一に活性化され、
次の成膜プロセスにおいて形成される窒化膜が均一に形
成される好ましい傾向が得られる。
次の成膜プロセスにおいて形成される窒化膜が均一に形
成される好ましい傾向が得られる。
【００４５】（成膜プロセス）さらに、上記の還元ガス
および反応生成物を減圧・除去し、半導体基板５を載置
したまま、ＳｉＨ4 ／ＮＨ3 ／Ｎ2 系の原料ガスを導入
した。これに高周波発振源８から高い周波数を有する第
３の電力を印加し、プラズマ放電エネルギにより活性化
させて、化学結合を分解し、原子または分子のラジカル
とする。これらの活性な粒子間による反応生成物を半導
体基板５の表面に堆積させ窒化膜を形成させながら減圧
・除去した。以下に、このプロセス条件を示す。
および反応生成物を減圧・除去し、半導体基板５を載置
したまま、ＳｉＨ4 ／ＮＨ3 ／Ｎ2 系の原料ガスを導入
した。これに高周波発振源８から高い周波数を有する第
３の電力を印加し、プラズマ放電エネルギにより活性化
させて、化学結合を分解し、原子または分子のラジカル
とする。これらの活性な粒子間による反応生成物を半導
体基板５の表面に堆積させ窒化膜を形成させながら減圧
・除去した。以下に、このプロセス条件を示す。
【００４６】 圧力 ： ３．０〜６．５〔Ｔｏｒｒ〕 高い周波数 ： １３．５６〔ＭＨｚ〕 第３の電力 ： １００〜８００〔Ｗ〕 基板温度 ： ３００〜４００〔℃〕 電極間距離 ： １８０〜６００〔Ｍｉｌｓ〕 ＳｉＨ4 ： ５０〜３００〔ＳＣＣＭ〕 ＮＨ3 ： ５０〜３００〔ＳＣＣＭ〕 Ｎ2 ： ５００〜５０００〔ＳＣＣＭ〕 処理時間 ： １０〜１００〔秒〕 （後処理プロセス）次に、Ｎ2 ＯないしＮ2 Ｏ／Ｏ2 系
の後処理ガスを導入し、これに高周波発振源８から高い
周波数を有する第４の電力を印加し、プラズマ放電エネ
ルギにより活性化させて、化学的に活性の強い原子また
は分子のラジカルとし、これらの活性な粒子を基板およ
びその支持台に照射する。Ｎ2 Ｏから生じるラジカル
は、スパッタ性を有するので形成された薄膜の表面凹凸
をスパッタリングすることにより滑らかにする。また、
照射されるＮ2 Ｏおよびそのラジカルは、前述のプロセ
スにより蓄積された半導体基板５およびその支持台の電
荷を中和する。したがって、従来、反応室より搬出する
際に静電吸着のせいで支持台から基板が離れない、ある
いは離れても位置ずれ又は基板が割れるといった問題は
生じない。以下に、好ましいプロセス条件を示す。
の後処理ガスを導入し、これに高周波発振源８から高い
周波数を有する第４の電力を印加し、プラズマ放電エネ
ルギにより活性化させて、化学的に活性の強い原子また
は分子のラジカルとし、これらの活性な粒子を基板およ
びその支持台に照射する。Ｎ2 Ｏから生じるラジカル
は、スパッタ性を有するので形成された薄膜の表面凹凸
をスパッタリングすることにより滑らかにする。また、
照射されるＮ2 Ｏおよびそのラジカルは、前述のプロセ
スにより蓄積された半導体基板５およびその支持台の電
荷を中和する。したがって、従来、反応室より搬出する
際に静電吸着のせいで支持台から基板が離れない、ある
いは離れても位置ずれ又は基板が割れるといった問題は
生じない。以下に、好ましいプロセス条件を示す。
【００４７】 圧力 ： ０．５〜５．０〔Ｔｏｒｒ〕 高い周波数 ： １３．５６〔ＭＨｚ〕 第４の電力 ： ５０〜５００〔Ｗ〕 基板温度 ： ３００〜４００〔℃〕 電極間距離 ： １８０〜９９９〔Ｍｉｌｓ〕 Ｎ2 Ｏ ： １００〜１０００〔ＳＣＣＭ〕 処理時間 ： １〜１５〔秒〕 この条件により得られた窒化膜の成膜速度は０．２〜
１．０μｍ／ｍｉｎで、屈折率は１．９〜２．２であっ
た。
１．０μｍ／ｍｉｎで、屈折率は１．９〜２．２であっ
た。
【００４８】フッ素化合物ラジカルにより、クリーニン
グされた反応容器２および反応室１内の堆積物は除去さ
れ、これらの内に残留したフッ素成分はＮＨ3 ラジカル
の作用により水素と還元されるので、反応容器２および
反応室１内の部品表面は活性化される。したがって、半
導体基板５に窒化膜を形成するプロセス時のパーティク
ル（汚染粒子）発生が抑制され、かつ安定した成膜レー
トおよびその分布が実現される。しかも形成するプロセ
スの初期にフッ素成分を含んだ窒化膜が形成されないの
で、下地基板がＡｌあるいはＡｌ合金のような配線に形
成されても密着性が高く、剥がれ（ピーリング）を生じ
ない。また、Ｎ2 Ｏおよびそのラジカルが、基板および
その支持台に蓄積された電荷を中和しパーティクル等の
静電吸着を防止し、かつ形成された膜を含むデバイス領
域の帯電を中和する。したがって、プロセス終了後の半
導体基板５は、デバイスの高集積化に対応した、表面が
滑らか平坦化に優れた窒化膜が形成されるとともに、ト
ランジスタ特性に対して不具合のないダメージレスの状
態で装置外部に搬送される。
グされた反応容器２および反応室１内の堆積物は除去さ
れ、これらの内に残留したフッ素成分はＮＨ3 ラジカル
の作用により水素と還元されるので、反応容器２および
反応室１内の部品表面は活性化される。したがって、半
導体基板５に窒化膜を形成するプロセス時のパーティク
ル（汚染粒子）発生が抑制され、かつ安定した成膜レー
トおよびその分布が実現される。しかも形成するプロセ
スの初期にフッ素成分を含んだ窒化膜が形成されないの
で、下地基板がＡｌあるいはＡｌ合金のような配線に形
成されても密着性が高く、剥がれ（ピーリング）を生じ
ない。また、Ｎ2 Ｏおよびそのラジカルが、基板および
その支持台に蓄積された電荷を中和しパーティクル等の
静電吸着を防止し、かつ形成された膜を含むデバイス領
域の帯電を中和する。したがって、プロセス終了後の半
導体基板５は、デバイスの高集積化に対応した、表面が
滑らか平坦化に優れた窒化膜が形成されるとともに、ト
ランジスタ特性に対して不具合のないダメージレスの状
態で装置外部に搬送される。
【００４９】比較例 ここで、本発明の薄膜形成方法におけるＮ2 Ｏ含有ガス
のプラズマによる後処理プロセスにより基板に蓄積され
る電荷が、どの程度まで低減されるかをＣ−Ｖ測定によ
るＶｆｂ値の変化により調べた（表１）。
のプラズマによる後処理プロセスにより基板に蓄積され
る電荷が、どの程度まで低減されるかをＣ−Ｖ測定によ
るＶｆｂ値の変化により調べた（表１）。
【００５０】表１：トランジスタによる電圧測定例
【００５１】
【表１】
【００５２】これによれば、後処理プロセスが無い場合
には、半導体基板の中心およびその周辺で、Ｖｆｂ値が
それぞれ−９．４１〔Ｖ〕、−３．１１〔Ｖ〕であった
ものが、後処理プロセスが有る場合には、それぞれ−
４．０２〔Ｖ〕、−２．７７〔Ｖ〕と、大幅に減少し、
面内の分布も小さく均一になった。
には、半導体基板の中心およびその周辺で、Ｖｆｂ値が
それぞれ−９．４１〔Ｖ〕、−３．１１〔Ｖ〕であった
ものが、後処理プロセスが有る場合には、それぞれ−
４．０２〔Ｖ〕、−２．７７〔Ｖ〕と、大幅に減少し、
面内の分布も小さく均一になった。
【００５３】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の薄膜形成
方法によれば、形成するステップは、反応生成物を基板
に堆積することにより薄膜を形成し、照射するステップ
は、窒素酸化物の活性種を基板および薄膜に照射する。
したがって、窒素酸化物により発生したスパッタ性の強
い活性種が、薄膜の表面凹凸をスパッタリングして平坦
化するので、次に形成される薄膜がＡｌまたはＡｌ合金
等の配線材料であっても断線あるいは配線ショートを生
じない、あるいは次にパッシベーション膜が形成されて
も表面凹凸により部分的に薄くならないので耐湿性に悪
影響を及ぼすことはない。しかも、窒素酸化物の活性種
は、基板およびその基板を載置する支持台に蓄積された
電荷を中和しパーティクル等の静電吸着および膜中の帯
電電荷によるトランジスタ特性の信頼性低下を防止し得
る。したがって、デバイスの高集積化に対応した、表面
が滑らかで平坦化に優れた薄膜が形成されるとともにデ
バイス信頼性の向上に寄与する薄膜形成方法を提供し得
る。
方法によれば、形成するステップは、反応生成物を基板
に堆積することにより薄膜を形成し、照射するステップ
は、窒素酸化物の活性種を基板および薄膜に照射する。
したがって、窒素酸化物により発生したスパッタ性の強
い活性種が、薄膜の表面凹凸をスパッタリングして平坦
化するので、次に形成される薄膜がＡｌまたはＡｌ合金
等の配線材料であっても断線あるいは配線ショートを生
じない、あるいは次にパッシベーション膜が形成されて
も表面凹凸により部分的に薄くならないので耐湿性に悪
影響を及ぼすことはない。しかも、窒素酸化物の活性種
は、基板およびその基板を載置する支持台に蓄積された
電荷を中和しパーティクル等の静電吸着および膜中の帯
電電荷によるトランジスタ特性の信頼性低下を防止し得
る。したがって、デバイスの高集積化に対応した、表面
が滑らかで平坦化に優れた薄膜が形成されるとともにデ
バイス信頼性の向上に寄与する薄膜形成方法を提供し得
る。
【００５４】また、形成するステップの前に、予め前述
のクリーニングステップおよび還元ステップを行うこと
により、フッ素化合物のプラズマに基づくエッチングに
より反応容器内部をクリーニングし、残留するフッ素成
分およびフッ素結合は窒素化合物のプラズマに基づき反
応し、フッ素成分を含んだ反応生成物を形成した形で還
元するステップを付加することにより、反応容器に収容
された部品の表面は活性化され、成膜中にフッ素成分は
含まれない。したがって、形成された窒化膜は成膜の初
期から終了まで、Ｓｉ−Ｎの結合が強い緻密性の高い膜
質を備えることが可能となり、層間絶縁膜あるいはパッ
シベーション膜として使用した場合にも耐湿性に優れた
窒化膜の形成が可能となる。しかも、フッ素成分を含ま
ない窒化膜は密着性に優れており、下地基板がＡｌある
いはＡｌ合金のような配線に形成されても剥がれ（ピー
リング）を生じない。したがって、製品歩留まりの高い
窒化膜形成が可能となる。この結果、デバイスの高集積
化・高信頼化に対応し得る薄膜形成方法を提供し得る。
のクリーニングステップおよび還元ステップを行うこと
により、フッ素化合物のプラズマに基づくエッチングに
より反応容器内部をクリーニングし、残留するフッ素成
分およびフッ素結合は窒素化合物のプラズマに基づき反
応し、フッ素成分を含んだ反応生成物を形成した形で還
元するステップを付加することにより、反応容器に収容
された部品の表面は活性化され、成膜中にフッ素成分は
含まれない。したがって、形成された窒化膜は成膜の初
期から終了まで、Ｓｉ−Ｎの結合が強い緻密性の高い膜
質を備えることが可能となり、層間絶縁膜あるいはパッ
シベーション膜として使用した場合にも耐湿性に優れた
窒化膜の形成が可能となる。しかも、フッ素成分を含ま
ない窒化膜は密着性に優れており、下地基板がＡｌある
いはＡｌ合金のような配線に形成されても剥がれ（ピー
リング）を生じない。したがって、製品歩留まりの高い
窒化膜形成が可能となる。この結果、デバイスの高集積
化・高信頼化に対応し得る薄膜形成方法を提供し得る。
【図１】本発明による薄膜形成方法の実施例を説明する
ためのＰＥＣＶＤ装置の概略構成を示す模式断面図であ
る。
ためのＰＥＣＶＤ装置の概略構成を示す模式断面図であ
る。
【図２】本発明による好ましい実施例１のプロセスフロ
ー説明図である。
ー説明図である。
【図３】本発明による好ましい実施例２のプロセスフロ
ー説明図である。
ー説明図である。
１…反応室、２…反応容器、３、４…対向電極、５…半
導体基板、６…配管、７…ヒータ、８…高周波電源、９
…インピーダンスマッチング回路。
導体基板、６…配管、７…ヒータ、８…高周波電源、９
…インピーダンスマッチング回路。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 浦田 一男 千葉県成田市新泉14−３野毛平工業団地内 アプライド マテリアルズ ジャパン 株式会社内 (72)発明者 岩崎 直之 千葉県成田市新泉14−３野毛平工業団地内 アプライド マテリアルズ ジャパン 株式会社内
Claims (6)
- 【請求項１】 基板を収容する反応容器内において、原
料ガスに高い周波数を有する第１の電力を印加し、発生
するプラズマ中の反応生成物を基板に堆積し薄膜を形成
するステップと、窒素酸化物を含むガスに高い周波数を
有する第２の電力を印加し、発生するプラズマ中の活性
種を前記基板および薄膜に照射するステップとを備える
薄膜形成方法。 - 【請求項２】 基板を収容する反応容器内において、フ
ッ素化合物を含む反応性ガスに高い周波数を有する第１
の電力を印加し、発生するプラズマ中の活性種により内
部をクリーニングするステップと、窒素化合物を含む還
元ガスに高い周波数を有する第２の電力を印加し、発生
するプラズマ中の活性種により前記反応容器内の残留フ
ッ素成分を除去するステップと、原料ガスに高い周波数
を有する第３の電力を印加し、発生するプラズマ中の反
応生成物を基板に堆積し薄膜を形成するステップと、窒
素酸化物を含むガスに高い周波数を有する第４の電力を
印加し、発生するプラズマ中の活性種を前記基板および
薄膜に照射するステップとを備える薄膜形成方法。 - 【請求項３】 前記窒素酸化物がＮ2 Ｏである請求項１
又は２記載の薄膜形成方法。 - 【請求項４】 前記フッ素化合物がＮＦ3 、ＣＦ4 およ
びＣ2 Ｆ6 から選ばれた少なくとも一種類の化合物を含
む請求項２又は３記載の薄膜形成方法。 - 【請求項５】 前記窒素化合物がＮＨ3 である請求項
２、３又は４のいずれか１項に記載の薄膜形成方法。 - 【請求項６】 前記原料ガスがＳｉＨ4 ，ＮＨ3 および
Ｎ2 から選ばれた少なくとも一種類のガスを含む請求項
１〜５のいずれか１項に記載の薄膜形成方法。
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